论文部分内容阅读
将亚砜作为指示化合物,利用亚砜类物质与Fe(IV)反应生成相应的砜类物质而与·OH反应不生成砜这一反应产物的差别,已经证实了Fenton试剂在酸性条件下主要产生·OH,而在近中性条件下产生Fe(IV)。近年来,过硫酸盐(过一硫酸盐HSO5-,过二硫酸盐S2O82-)被视作可替代H2O2的新型绿色氧化剂,在高级氧化领域得到广泛应用。与Fe(Ⅱ)/H2O2体系类似,Fe(Ⅱ)活化过硫酸盐体系被认为是基于产生自由基(SO4·-或·OH)的高级氧化技术。令人疑惑的是,在Fe(Ⅱ)/S2O82-和Fe(Ⅱ)/HSO5-体系的相关研究中,从未将Fe(IV)作为一种可能存在的活性中间物种考虑在内。本研究探讨了Fe(Ⅱ)/S2O82-和Fe(Ⅱ)/HSO5-体系及其还原剂强化体系中产生Fe(IV)的可能性。借助LC–MS/MS技术,研究发现亚砜与SO4·-的产物中没有砜类物质产生,说明亚砜同样可以作为区分Fe(IV)与SO4·-的指示化合物。本研究还以甲基苯基亚砜(PMSO)为例研究了SO4·-、·OH氧化亚砜的主要产物种类,并推测出可能的反应路径。同时,利用竞争动力学方法计算了SO4·-、·OH分别氧化PMSO和甲基苯基砜(PMSO2)的二级反应速率常数,建立起完善的亚砜鉴别Fe(IV)与自由基的研究方法。利用PMSO作为指示化合物,发现酸性条件下Fe(Ⅱ)/S2O82-和Fe(Ⅱ)/HSO5-体系中降解的PMSO全部转化为PMSO2,即PMSO2的生成率(η(PMSO2))达到100%,说明Fe(Ⅱ)活化S2O82-和HSO5-产生的活性中间物种均为Fe(IV),并非自由基,这与其它研究者的结论完全不同。在Fe(Ⅱ)/S2O82-体系中,Fe(Ⅱ)引起的Fe(IV)的消耗是主要的副反应,PDS对Fe(IV)的消耗可以忽略不计。而在Fe(Ⅱ)/HSO5-体系中,Fe(Ⅱ)和PMS均会竞争消耗Fe(IV)。在近中性条件下,活性物种的产生量急剧下降,PMSO的降解量很小,难以准确计算PMSO2的生成率,但是仍可观察到PMSO2的生成,说明Fe(Ⅱ)/S2O82-和Fe(Ⅱ)/HSO5-体系在中性条件下仍有Fe(IV)生成。研究了四类铁还原剂分别强化Fe(Ⅱ)/S2O82-和Fe(Ⅱ)/HSO5-体系中活性氧化剂的生成规律。在Fe(Ⅱ)/S2O82-体系中,羟胺类无机还原剂使PMSO2生成率下降到70%,酚、醌类有机还原剂对PMSO2生成率无影响,酚酸类有机还原剂和氨基酸类有机还原剂均使PMSO2生成率下降,并且PMSO2生成率还随反应进行不断变化。在Fe(Ⅱ)/HSO5-体系中,硫酸羟胺对PMSO2生成率无影响,而盐酸羟胺因引入了Cl-致使产生部分自由基,致使PMSO2生成率下降;酚、醌、酚酸类有机还原剂强化体系中PMSO2生成率均稳定在100%;半胱氨酸使PMSO2生成率下降至80%。某些还原剂强化体系中PMSO2生成率下降,说明一些还原剂可以改变反应路径,使Fe(Ⅱ)活化过硫酸盐体系产生部分自由基。